ابزارهای مورد نیاز جاوا چیست

ابزارهای مورد نیاز جاوا چیست

در دنیای برنامه‌نویسی جاوا، درک مفاهیم پایه‌ای و ابزارهای مورد نیاز برای توسعه، اولین و مهم‌ترین گام برای تبدیل شدن به یک توسعه‌دهنده حرفه‌ای است.

جاوا به عنوان یکی از قدرتمندترین و پرکاربردترین زبان‌های برنامه‌نویسی دنیا، دارای اکوسیستمی غنی از ابزارها و مفاهیم است که آشنایی با آنها برای هر برنامه‌نویسی ضروری می‌باشد.

برای شروع توسعه نرم‌افزار با زبان جاوا، شما به مجموعه‌ای از ابزارها نیاز دارید که هر کدام نقش مشخصی را در چرخه توسعه، ساخت، آزمایش و اجرای برنامه‌ها ایفا می‌کنند.

 ابزارهای ضروری و بنیادین جاوا

اصلی‌ترین و مهم‌ترین ابزاری که هر توسعه‌دهنده جاوا به آن نیاز دارد، Java Development Kit یا همان JDK است.

JDK یک بسته نرم‌افزاری کامل است که تمام اجزای مورد نیاز برای توسعه، کامپایل، اجرا و دیباگ کردن برنامه‌های جاوا را در خود جای داده است.

بدون JDK، عملاً امکان نوشتن و اجرای برنامه‌های جاوا وجود ندارد.

JDK توسط شرکت اوراکل و همچنین سایر فروشندگان مانند OpenJDK، IBM و دیگران ارائه می‌شود و نسخه‌های مختلفی از آن برای سیستم‌عامل‌های گوناگون مانند ویندوز، لینوکس و مک‌اواس در دسترس است.

علاوه بر JDK، به یک محیط مناسب برای نوشتن کدها نیاز داریم.

این محیط می‌تواند یک ویرایشگر متن ساده مانند Notepad باشد، اما برای توسعه حرفه‌ای، استفاده از یک محیط توسعه یکپارچه یا Integrated Development Environment که به اختصار IDE نامیده می‌شود، ضروری است.

IDEها ابزارهای قدرتمندی هستند که با ارائه امکاناتی مانند هایلایت کردن سینتکس، تکمیل خودکار کد، تشخیص خطاها در لحظه نوشتن، ابزارهای دیباگ کردن پیشرفته و مدیریت آسان پروژه‌های بزرگ، بهره‌وری برنامه‌نویسان را به شدت افزایش می‌دهند.

محبوب‌ترین IDEهای مورد استفاده در جامعه جاوا عبارتند از IntelliJ IDEA که توسط شرکت JetBrains ساخته شده و بسیاری آن را قدرتمندترین IDE جاوا می‌دانند، Eclipse که یک IDE متن‌باز و بسیار محبوب با سابقه طولانی است، و NetBeans که توسط بنیاد آپاچی پشتیبانی می‌شود و تجربه کاربری روانی ارائه می‌دهد.

همچنین Visual Studio Code با نصب افزونه‌های مناسب جاوا، به یک گزینه سبک و محبوب برای بسیاری از توسعه‌دهندگان تبدیل شده است.

ابزارهای مدیریت پروژه و ساخت خودکار در جاوا

در پروژه‌های واقعی و تجاری، شما با صدها یا حتی هزاران فایل جاوا سروکار دارید.

کامپایل کردن دستی تک‌تک این فایل‌ها با دستور javac نه تنها بسیار وقت‌گیر است، بلکه خطاپذیر نیز می‌باشد.

به همین دلیل، ابزارهای ساخت یا Build Tools به کمک ما می‌آیند تا فرآیند کامپایل، اجرای تست‌ها، بسته‌بندی و استقرار برنامه را به صورت خودکار انجام دهند.

Apache Maven یکی از قدیمی‌ترین و محبوب‌ترین ابزارهای ساخت در دنیای جاوا است.

Maven از یک فایل پیکربندی به نام pom.xml استفاده می‌کند که در آن مشخص می‌کنید پروژه شما چه وابستگی‌هایی یا کتابخانه‌های خارجی دارد، چگونه باید کامپایل شود و چگونه بسته‌بندی گردد.

Maven به صورت خودکار کتابخانه‌های مورد نیاز شما را از مخازن مرکزی دانلود کرده و در پروژه قرار می‌دهد.

این ویژگی که مدیریت وابستگی یا Dependency Management نام دارد، یکی از بزرگ‌ترین نقاط قوت Maven است.

Gradle یک ابزار ساخت مدرن‌تر و بسیار انعطاف‌پذیر است که به سرعت در حال محبوبیت یافتن می‌باشد.

Gradle از یک زبان خاص دامنه مبتنی بر Groovy یا Kotlin برای تعریف اسکریپت‌های ساخت استفاده می‌کند که این امر انعطاف‌پذیری بسیار بالایی به آن می‌بخشد.

Gradle علاوه بر مدیریت وابستگی، از ساخت افزایشی پشتیبانی می‌کند، به این معنی که فقط فایل‌هایی که تغییر کرده‌اند را دوباره کامپایل می‌کند.

این ویژگی سرعت ساخت پروژه‌های بزرگ را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

Gradle هم‌اکنون به عنوان ابزار ساخت رسمی برای سیستم‌عامل اندروید استفاده می‌شود و در بسیاری از پروژه‌های جاوا نیز جایگزین Maven شده است.

 ابزارهای کنترل نسخه و همکاری تیمی

هیچ پروژه نرم‌افزاری حرفه‌ای بدون استفاده از یک سیستم کنترل نسخه یا Version Control System کامل نیست.

Git بدون شک محبوب‌ترین و پرکاربردترین ابزار کنترل نسخه در دنیای امروز است.

Git به شما امکان می‌دهد تمام تغییرات ایجاد شده در کد منبع پروژه خود را در طول زمان ثبت کنید، به نسخه‌های قبلی بازگردید، شاخه‌های مختلفی برای توسعه ویژگی‌های جدید ایجاد کنید و مهم‌تر از همه، به راحتی با سایر اعضای تیم همکاری نمایید.

سرویس‌هایی مانند GitHub، GitLab و Bitbucket بسترهای مبتنی بر وب برای میزبانی مخازن Git و تسهیل همکاری تیمی فراهم می‌کنند.

 تفاوت JDK و JRE در جاوا

یکی از رایج‌ترین سردرگمی‌ها برای تازه‌کاران دنیای جاوا، تفاوت بین JDK و JRE است. این دو مفهوم ارتباط بسیار نزدیکی با هم دارند اما اهداف کاملاً متفاوتی را دنبال می‌کنند.

JRE در جاوا چیست؟

JRE مخفف Java Runtime Environment یا محیط اجرای جاوا است.

همانطور که از نامش پیداست، JRE محیطی را فراهم می‌کند که برنامه‌های جاوا بتوانند در آن اجرا شوند.

JRE شامل ماشین مجازی جاوا یا Java Virtual Machine که به اختصار JVM نامیده می‌شود، به همراه مجموعه‌ای از کتابخانه‌های کلاس اصلی جاوا و سایر فایل‌های پشتیبانی است.

JVM قلب تپنده پلتفرم جاوا است و وظیفه اجرای بایت‌کدهای جاوا را بر عهده دارد.

کتابخانه‌های کلاس اصلی نیز شامل مجموعه‌ای غنی از کلاس‌های آماده برای انجام وظایف رایج مانند کار با فایل‌ها، شبکه، رشته‌ها، مجموعه‌ها و بسیاری موارد دیگر هستند.

نکته بسیار مهم این است که JRE شامل ابزارهای توسعه مانند کامپایلر جاوا (javac) نمی‌شود.

بنابراین اگر فقط می‌خواهید یک برنامه جاوا را روی کامپیوتر خود اجرا کنید، نصب JRE کافی است.

به عنوان مثال، اگر یک نرم‌افزار دسکتاپ که با جاوا نوشته شده را دانلود کرده‌اید، برای اجرای آن فقط به JRE نیاز دارید.

JDK در جاوا چیست؟

JDK مخفف Java Development Kit یا کیت توسعه جاوا است.

JDK یک ابرمجموعه از JRE است. به عبارت دیگر، JDK شامل تمام اجزای موجود در JRE به همراه ابزارهای اضافی مورد نیاز برای توسعه برنامه‌های جاوا می‌باشد.

مهم‌ترین ابزار موجود در JDK که در JRE یافت نمی‌شود، کامپایلر جاوا یا همان javac است.

کامپایلر وظیفه تبدیل کد منبعی که شما با زبان جاوا نوشته‌اید (فایل‌های با پسوند .java) به بایت‌کد قابل اجرا توسط JVM (فایل‌های با پسوند .class) را بر عهده دارد.

علاوه بر کامپایلر، JDK شامل ابزارهای دیگری نیز هست مانند ابزار مستندسازی Javadoc که از روی کامنت‌های موجود در کد شما، مستندات HTML تولید می‌کند

ابزار دیباگر jdb که برای یافتن و رفع خطاهای برنامه به کار می‌رود، ابزار jar برای بسته‌بندی فایل‌های کلاس در یک آرشیو فشرده، و ابزارهای مانیتورینگ و پروفایلینگ مانند jvisualvm که برای بررسی عملکرد و مصرف حافظه برنامه در حین اجرا استفاده می‌شوند.

برای درک بهتر تفاوت JDK و JRE می‌توانیم از یک تشبیه ساده استفاده کنیم.

JRE را مانند یک دستگاه پخش DVD در نظر بگیرید که فقط می‌تواند فیلم‌های آماده را پخش کند.

اما JDK مانند یک استودیوی فیلم‌سازی است که علاوه بر دستگاه پخش، شامل دوربین‌های فیلمبرداری، میکروفون‌ها، میزهای تدوین و سایر ابزارهای مورد نیاز برای ساخت فیلم نیز می‌باشد.

به زبان ساده، اگر می‌خواهید برنامه جاوا بنویسید، حتماً باید JDK را نصب کنید.

اگر فقط می‌خواهید برنامه‌های نوشته شده توسط دیگران را اجرا کنید، نصب JRE کافی است.

Garbage Collection در جاوا

Garbage Collection که اغلب به اختصار GC نامیده می‌شود، یکی از برجسته‌ترین و مهم‌ترین ویژگی‌های پلتفرم جاوا است.

GC مکانیزمی خودکار برای مدیریت حافظه است که برنامه‌نویسان جاوا را از یکی از دشوارترین و خطاخیزترین جنبه‌های برنامه‌نویسی در زبان‌های قدیمی‌تر مانند C و C++ رها می‌کند.

در آن زبان‌ها، برنامه‌نویس خود مسئول تخصیص حافظه برای اشیا و مهم‌تر از آن، آزادسازی حافظه اشیایی بود که دیگر استفاده نمی‌شدند.

تعریف Garbage Collection در جاوا

Garbage Collection در جاوا فرآیندی است که به طور خودکار توسط ماشین مجازی جاوا یا JVM مدیریت می‌شود.

وظیفه اصلی GC شناسایی اشیایی در حافظه هیپ (heap) است که دیگر توسط برنامه در حال اجرا قابل دسترسی نیستند و پاکسازی آن‌ها برای آزادسازی حافظه.

هیپ ناحیه‌ای از حافظه است که اشیای جاوا در آن ایجاد و ذخیره می‌شوند.

هر زمان که با استفاده از عملگر new یک شیء جدید می‌سازید، حافظه مورد نیاز آن از هیپ تخصیص داده می‌شود.

GC در فواصل زمانی مشخص یا با رسیدن هیپ به آستانه معینی فعال شده و حافظه را پاکسازی می‌کند.

نکته کلیدی در GC، مفهوم دسترس‌پذیری یا reachability است.

یک شیء زمانی قابل دسترسی محسوب می‌شود که بتوان از طریق یک رشته از ارجاع‌ها، از یک نقطه شروع مشخص به آن رسید.

به این نقاط شروع، ریشه‌های GC یا GC Roots گفته می‌شود.

ریشه‌های GC شامل متغیرهای محلی در پشته هر نخ، متغیرهای استاتیک کلاس‌ها، ارجاع‌های JNI و نخ‌های فعال هستند.

هر شیء که از طریق این ریشه‌ها قابل دسترسی باشد، زنده تلقی شده و توسط GC پاکسازی نمی‌شود.

اشیایی که به هیچ وجه از ریشه‌ها قابل دسترسی نباشند، زباله محسوب شده و نشانه‌گذاری می‌گردند تا در زمان مناسب پاک شوند.

مکانیزم پایه: الگوریتم Mark and Sweep

اساس کار تقریباً تمام GCهای مدرن جاوا بر پایه الگوریتمی به نام Mark and Sweep استوار است.

این الگوریتم در دو فاز اصلی انجام می‌شود.

در فاز اول که Mark نام دارد، GC تمام اشیای موجود در هیپ را پیمایش می‌کند و از طریق ردیابی ارجاع‌ها از ریشه‌های GC، تمام اشیایی را که هنوز زنده و قابل دسترسی هستند شناسایی و علامت‌گذاری می‌کند.

پس از اتمام فاز Mark، نوبت به فاز Sweep می‌رسد.

در این فاز، GC دوباره تمام هیپ را پیمایش می‌کند و این بار به دنبال اشیایی می‌گردد که در فاز قبل علامت‌گذاری نشده‌اند.

حافظه‌ای که توسط این اشیای علامت‌گذاری نشده اشغال شده بود، آزاد اعلام شده و برای تخصیص اشیای جدید مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

🚀 از صفر تا قهرمان جاوا، فقط با یک دوره!
به دنبال یه فرصت طلایی برای شروع برنامه‌نویسی می‌گردی؟
دوره آموزشی جاوا ما، همون چیزیه که نیاز داری!

✨ چرا این دوره رو انتخاب می‌کنی؟
🎯 از مبتدی تا حرفه‌ای
بدون پیش‌زمینه شروع می‌کنی و به یه برنامه‌نویس جاوا تبدیل می‌شی که بازار کار منتظرته!

🛠 پروژه‌محور و عملی
با انجام پروژه‌های واقعی، کدنویسی رو یاد می‌گیری، نه فقط تئوری!

👨‍🏫 پشتیبانی همیشگی
هرجا گیر کنی، تیم پشتیبانی کنارته تا مشکلت حل بشه.

🔓 دسترسی مادام‌العمر
هر وقت خواستی به محتوا دسترسی داری، برای همیشه!

 

🔥 همین حالا ثبت‌نام کن 

 

 

استراتژی نسل‌ها در Garbage Collection

برنامه‌نویسان و محققان با بررسی رفتار برنامه‌ها به یک مشاهده مهم دست یافتند که به فرضیه نسلی ضعیف یا Weak Generational Hypothesis معروف شد.

این فرضیه می‌گوید که اکثر اشیایی که در برنامه‌ها ایجاد می‌شوند، عمر بسیار کوتاهی دارند و خیلی زود پس از ایجاد، دیگر استفاده نمی‌شوند.

بر اساس این فرضیه، GCهای مدرن جاوا از یک استراتژی به نام نسل‌ها یا Generations استفاده می‌کنند.

در این استراتژی، حافظه هیپ به چند بخش مجزا تقسیم می‌شود.

نسل جوان یا Young Generation محل ایجاد اشیای جدید است و خود به سه بخش تقسیم می‌شود: فضای Eden و دو فضای Survivor.

اشیای جدید همگی در فضای Eden ایجاد می‌شوند. وقتی فضای Eden پر می‌شود، یک GC کوچک به نام Minor GC روی نسل جوان اجرا می‌شود.

اشیایی که پس از این پاکسازی هنوز زنده هستند، به یکی از فضاهای Survivor منتقل می‌شوند.

پس از چندین بار جابجایی و رسیدن سن یک شیء به آستانه معینی، آن شیء به نسل پیر یا Old Generation ارتقا می‌یابد.

نسل پیر محل نگهداری اشیای با عمر طولانی است. GC روی نسل پیر که Major GC یا Full GC نامیده می‌شود، بسیار کمتر اجرا می‌شود، اما زمان‌برتر و پرهزینه‌تر است.

انواع Garbage Collector در JVM

ماشین مجازی جاوا چندین پیاده‌سازی مختلف از Garbage Collector را در خود دارد.

• Serial GC

  ساده‌ترین نوع است که از یک نخ واحد برای انجام GC استفاده می‌کند و برای برنامه‌های تک‌نخی یا سیستم‌های با حافظه محدود مناسب است.

• Parallel GC

  که به عنوان Throughput Collector نیز شناخته می‌شود، از چندین نخ برای انجام عملیات GC استفاده می‌کند و برای برنامه‌هایی که توان عملیاتی برایشان اهمیت بالایی دارد، گزینه مناسبی است.

• G1 GC یا Garbage First Collector

  یک GC مدرن و پیشرفته است که از نسخه ۹ جاوا به عنوان GC پیش‌فرض معرفی شد.
  G1 هیپ را به منطقه‌های متعددی تقسیم می‌کند و به صورت هوشمندانه مناطقی را که بیشترین میزان زباله را دارند، پاکسازی می‌کند.

• ZGC

  یک Garbage Collector با تأخیر بسیار پایین است که هدف آن کاهش زمان توقف به زیر ۱۰ میلی‌ثانیه است و برای برنامه‌های حساس به تأخیر مانند سیستم‌های معاملاتی مالی و بازی‌های آنلاین طراحی شده است.

جمع‌بندی

در اینجا به بررسی سه مفهوم بنیادین در دنیای برنامه‌نویسی جاوا پرداختیم.

ابتدا با ابزارهای مورد نیاز برای توسعه جاوا آشنا شدیم و دیدیم که JDK مهم‌ترین این ابزارهاست و IDEهایی مانند IntelliJ IDEA و Eclipse بهره‌وری ما را افزایش می‌دهند.

همچنین ابزارهای ساخت مانند Maven و Gradle و ابزارهای کنترلی مانند Git را به عنوان اجزای جدایی‌ناپذیر توسعه نرم‌افزار مدرن معرفی کردیم.

سپس به سراغ تفاوت JDK و JRE رفتیم و آموختیم که JRE صرفاً محیط اجرای برنامه‌های جاوا است، در حالی که JDK ابرمجموعه‌ای از JRE است و ابزارهای توسعه مانند کامپایلر javac را نیز در خود جای داده است.

در نهایت به یکی از پیچیده‌ترین مکانیزم‌های جاوا یعنی Garbage Collection پرداختیم.

دیدیم که GC چگونه با خودکار کردن مدیریت حافظه، برنامه‌نویسان را از دغدغه‌های سطح پایین رها می‌کند.

با الگوریتم پایه Mark and Sweep، استراتژی نسل‌ها و انواع GCهای موجود در JVM آشنا شدیم

جاوا به لطف چنین ویژگی‌های قدرتمندی، همچنان یکی از زبان‌های برتر و محبوب دنیای برنامه‌نویسی باقی مانده است و درک عمیق این مفاهیم، مسیر تبدیل شدن به یک توسعه‌دهنده حرفه‌ای و ماهر جاوا را هموار می‌سازد.